五、泌尿係統疾病動物模型
(一)腎小球腎炎動物模型
該模型的複製共有4種方法:①腎毒素性腎炎,給予異種抗腎血清;②血清病型,給予大量異種血清;③抗原抗體複合物型;④細菌抗原與腎組織抗原致病。
1.L型菌誘發健康白兔2~2.5kg,1000萬左右細菌通過耳緣靜脈注入。
2.靜脈注射抗基底膜血清加脂多糖製作基底膜抗原200隻BALB/c小鼠處死,取腎皮質碾成勻漿,再加4ml福氏完全佐劑,多點注射,滴度為1:8時取血清,小鼠尾靜脈注射,24h後注射脂多糖。
3.異種血清法雄性大鼠,福氏完全佐劑和陽離子化牛血清白蛋白,在鼠背部皮下多點注射免疫,BSA靜脈注入。
(二)急性腎功能衰竭動物模型
該模型的誘發目前主要有:注入油酸、去甲腎上腺素、變性血紅蛋白、甘油、二氯化汞、硝酸鈾、腎動脈夾閉等。
1.油酸法雄性Wistar大鼠,體重180~250g。0.15ml/kg油酸直接注入大鼠的左腎動脈內,油酸用植物油稀釋。
2.去甲腎上腺素法大鼠150~220g,用銀夾阻斷腎動脈,直接向腎動脈中注入去甲腎上腺素,輔以甘油肌內注射。
3.變性血紅蛋白法實驗前禁水48~72h,由大鼠尾靜脈注入人的變性血紅蛋白。發生腎功能衰竭的大鼠表現為嘔吐、少尿及鼻、口、眼明顯出血,血鉀和尿素氮升高,與人的腎功能衰竭症狀相似,死亡率可達93.5%。
4.甘油法體重150~250g的大鼠。實驗前將動物放在代謝籠中,飼喂含有嘌呤的飲食。用藥前禁水24h,選擇體重減輕和脫水的大鼠,以10ml/kg體重50%甘油溶液的劑量,分別在大鼠兩側後肢肌內注射。多數動物少尿或無尿,尿滲透濃度降低。甘油引起的血紅蛋白尿急性腎功能衰竭與人類急性腎功能衰竭表現的症狀相似。
(三)泌尿係結石動物模型
泌尿係結石發生於腎盂、輸尿管、膀胱、尿道等處。膀胱結石有原發和繼發之分,原發者多因營養不良所致,繼發的多由腎或輸尿管降至膀胱所致,其他如尿道狹窄、膀胱憩室等也可引起膀胱結石。一般用藥物誘發泌尿結石,用食餌法複製膀胱結石。
1.藥物誘發泌尿係結石動物模型
(1)乙二酰胺飼喂法SD大鼠,體重220~240g,飼喂1.2%乙二酰胺鼠標準飼料3天以上,100%的大鼠造成泌尿係結石;4個月齡新西蘭兔,體重2.0~2.3kg飼喂1%乙二酰胺兔標準飼料20天,100%複製成腎結石。輸尿管結石常發部位在入膀胱口處,有的中部和上部呈栓塞樣結石。一般腎和膀胱結石小如小米,大如綠豆,形似不規則球狀。
(2)TPA和DMT飼喂法實驗動物選用F344近交係大鼠。將研磨好的對苯二酸(TPA)拌入食物製成含3%~5%的飼料或二甲基對苯二酸(DMT)拌入食物製成含1%~3%的飼料,分別飼喂14~28天。飼喂14天後可誘發成泌尿結石模型,其症狀和對藥物反應與人類自發性結石很相似。
2.食餌性膀胱結石1個月齡左右的幼年雄性大鼠,用維生素A缺乏的食物飼養,經過10~14天後動物體重下降,生長停滯,有幹眼病的表現。30~60天中有14%發生膀胱結石,180~250天以後,膀胱結石發生率可達88%。但腎結石的發生率較低,隻有41%。
六、內分泌及代謝疾病動物模型
(一)糖尿病動物模型
糖尿病的本質是胰島素絕對或相對不足。實驗動物主要以鼠、兔、小型豬為主。
1.化學試劑誘發的高血糖動物模型常用四氧嘧啶,該藥可引起各種實驗動物胰島Β細胞功能抑製,部分Β細胞破壞,該型糖尿病與人類1型的糖尿病非常類似,是進行降糖藥物研究的良好模型。但是,因為四氧嘧啶直接損傷Β細胞,故對諸如磺酰脲類刺激胰島素分泌的降糖藥是不適宜的。
2.自發性糖尿病動物模型自發性糖尿病的動物,主要有高血清胰島素型,例如,obes/SHR、SHR/N-cp、fa/fa大鼠,小鼠有ob/ob,db/db,ad/ad,KK等;低血清胰島素模型如BB大鼠、51.0121小鼠及中國地鼠等。
db/db小鼠是C57BL/Ks小鼠的突變株,db與ob並不是等位基因,但是db/db小鼠仍發生肥胖,血糖可以由11.1mmol/L(200mg/dl)以下的正常水平逐漸升到33.3mmol/L(600mg/dl)以上,使雌鼠喪失生殖力,壽命較短(8個月),主要表現為肥胖、高血糖、糖尿、蛋白尿、最後酮症死亡。
ob/ob為肥胖小鼠和肥胖大鼠,幼齡時,肥胖無糖尿,5~6個月齡後,肥胖穩定,血中胰島素和葡萄糖水平上升。該鼠無生育力,用雜合子交配才能產生子代,種係維持比較困難。
ad/ad為成年肥胖和糖尿病鼠,7~10周齡後才表現為糖尿病,該型鼠也是不育的。
(二)缺鐵性貧血(IDA)動物模型
缺鐵性貧血是臨床上的常見、多發病。其發生的主要原因是由於鐵的攝入不足和(或)鐵丟失過多,引起機體血紅蛋白合成障礙,導致一係列病理生理過程。臨床上為了研究IDA的發生及防治,複製了各種動物的IDA模型,如大鼠、小鼠、兔、雞、貓、犬、猴等,其中以大鼠的IDA模型最常用,該模型成型短、穩定、可行性及重複性強。
IDA模型的複製方法通常有3種:①給予低鐵飲食;②給動物逐次少量放血,造成鐵的慢性丟失;③低鐵飲食輔以定期少量放血。由於放血通常采用剪尾的方法,一方麵放血不但引起鐵的丟失,而且還引起其他營養素的丟失,不能排除鐵以外因素對貧血的影響;另一方麵剪尾常易引起動物感染而死亡。因此目前主要采用低鐵飲食的方法。國內外研究表明,飼料含鐵量在50mg/kg以上時才能滿足大鼠正常情況下的基本需要,一般低鐵飼料的鐵含量在10mg/kg以下,標準飼料的鐵含量在220~270mg/kg。近來有人通過絡合劑1%EDTA-2Na除去國產飼料中的鐵,使之符合實驗要求,取得了滿意的實驗結果。
缺鐵性貧血大鼠外在表現早期(Hb≤100g/L)以毛發生長差、脫毛、眼球腫脹突出、蒼白、興奮為主,晚期(Hb≤60g/L)則表現為倦怠、活動減少、易感染為主,血液學及生化檢查表現為血紅蛋白及骨髓鐵(功能池)、血清濃度(交換池)、血清運鐵蛋白及肝髒鐵含量(儲存池)均顯著低於正常對照組。尤以血紅蛋白和骨髓鐵的變化較敏感。一般認為,以低鐵飼料喂養實驗用大鼠5~6周即可複製出IDA大鼠模型,但應注意不同種係的大鼠對低鐵飼料的反應性不同。F344、Wistar大鼠的反應性優於Sprague Dawley大鼠。
七、神經係統疾病動物模型
(一)癲癇動物模型
癲癇是由先天或後天不同因素所引起的慢性腦疾病。由於癲癇患者的病因、年齡、遺傳、文化和社會背景因人而異,所以,癲癇是一種相當複雜的多因素臨床症候群。癲癇形成和發作的機製,比動物實驗所能提供的資料更複雜更多樣化,但由於種種原因,研究人類癲癇的發病機製仍主要依靠動物實驗。但由於癲癇的遺傳及後天因素十分複雜,遠非任何一種動物模型所能代表,故在評價實驗結果時,務必謹慎。
1.大鼠部分簡單性癲癇模型該模型相當於急性或慢性部分簡單性發作,與外傷性癲癇的發病及病理改變類似。將大鼠麻醉後切開硬膜,直流電泳儀正極接PE管(PE管遠端恰好接觸腦皮層表麵)內的Fecl3液(100mmol/L),負極通過針灸針接同側顳肌,通電電泳。分別在冠狀縫單側中線以及人字縫中線兩側鑽骨孔,此三孔分別旋入平頭螺絲釘接觸硬膜表麵,作為腦電記錄電極。電泳完畢立即記錄EEG 3h,為急性期EEG。電泳完後15天及30天記錄EEG,為慢性期EEG。
2.大鼠複雜部分性癲癇模型目前被公認為研究腦興奮性、可塑性及長時程增強最實用的模型為點燃效應(kindling effect)模型。麻醉後在大鼠海馬CAll區坐標,冠狀縫後3.8cm,中線旁2.0cm,雙側顱骨鑽孔,將尖端裸露的漆包線所製的電極置入雙側海馬CAll區,用牙科水泥固定,也可選擇雙側杏仁核團。術後7天,通過所置入的電極每日給予電刺激,刺激數日後可記錄到對該刺激反應的後放電,隨著刺激天數的增加,後放電逐漸延長並複雜化,直至出現癲癇樣放電並伴癲癇發作。刺激30~50天,這種痛樣放電及癲癇發作開始穩定,說明動物已被點燃,以後不予刺激也有自發性癲癇發作。
Racine在1978年將其分為5級,即Ⅰ級:麵部陣攣;Ⅱ級:Ⅰ級加節律性點頭;Ⅲ級:Ⅱ級加前肢陣攣;Ⅳ級:Ⅲ級加後肢站立;Ⅴ級為Ⅳ級加跌倒。Ⅳ、V級可作為繼發性全身性癲癇模型。哺乳類動物均可建立該類模型,廣泛用於抗癲癇藥物的藥效研究,但其發病機製仍未完全闡明。
3.慢性癲癇動物模型各種動物的大腦皮質感覺運動區是致病敏感區之一。
(1)鈷法150~300g大鼠。在前囟後3mm、正中線右側,以骨鉗切除直徑約為8mm 的顱骨,並切開硬腦膜。將消毒的市售鈷粉(200篩孔)約30mg,放在皮層運動區的前側(麵積約為10mm2,安好記錄電極,縫合,每日肌內注射卡那黴素125mg/隻,連續3天,以預防感染。在放置鈷後2~3周,可見置鈷對側肢體發生陣攣,少數動物於局部陣攣後出現全身發作,發作強度於第4~6周逐漸減弱或消失。
(2)硫酸亞鐵法健康家兔,體重2.0~2.5kg,以冠狀縫十字交叉中央為起點,用微骨鑽鑽一微孔,並在冠狀縫前開和右開各10mm,左右旁開3mm,安好大腦皮層記錄電極,2周後實驗。按300μg/kg體重由給藥微孔或由給藥導管,垂直緩慢注入硫酸亞鐵(分析純)溶液約1min。注射鐵劑後多數動物自發活動減少,少數動物則表現向一側旋轉或自發活動增加。隨後發生典型的陣攣性驚厥。
(二)帕金森病動物模型
帕金森病(Parkinson’s disease,PD)好發於老年人,以嚴重運動障礙為特征,發病機製直接同黑質-紋狀體投射係統的多巴胺神經元退行性變致神經遞質多巴胺減少有關,此外,還與其他的神經遞質如藍斑的去甲腎上腺素神經元、迷走神經背核與腦幹中縫核5-羥色胺神經元、下丘腦與無名質的乙酰膽堿纖維的退行性病變等有關。
1.旋轉大鼠模型基本原理為利用神經毒劑6-羥基多巴胺破壞黑質的多巴胺神經元。該模型有操作簡單、成功率較高、觀察方便,故應用廣泛,但與靈長類動物模型相比還不能比較完整準確地反映PD的特征。本模型複製成功率為60%~70%。
麻醉動物並固定於立體定向儀,確定黑質坐標,以微量注射器向坐標點注入6-羥基多巴胺10μg,注藥速度0.5μl/min,注藥後留針1~5min。傷口縫合後抗感染治療3天,2周後大鼠皮下注射阿樸嗎啡0.25mg/kg,誘發大鼠旋轉,3~5min動物出現旋轉,記錄40min總的旋轉次數及方向,以後每周觀察一次。確定旋轉鼠模型成功的標準:連續2周測試平均轉速>7次/min,持續旋轉>40min。
其技術關鍵為:①黑質靶點的確定,應根據所用的定向圖譜及立體定向儀認真調整驗證;②選用Wistar大鼠體重150~160g之間;③6-羥基多巴胺應新鮮配製,顏色以橙紅色為準;④注藥速度與留針也很重要。
2.靈長類動物PD模型1983年Bums等給恒河猴靜脈注射MPTP,成功誘發出PD模型。國內瑞金醫院1991年成功采用頸動脈注射法誘導出恒河猴PD模型。該模型雖然接近臨床,但價格高昂,難以進行廣泛的研究。
(三)Alzheimer病(AD)動物模型
AD是引起中、老年癡呆的主要原因,占整個癡呆症的2/3,而我國尚缺乏可靠的神經流行病學資料。其發病具有年齡特異性趨勢,臨床表現為進行性記憶減退,語言和行為障礙。病理特征為神經元缺失,細胞外澱粉樣蛋白沉澱和神經纖維纏結,且主要位於前腦基底區、海馬和大腦皮質。大量的研究顯示AD與中樞神經介質失調、澱粉樣蛋白、神經細胞內鈣離子與興奮性氨基酸失調、免疫異常等綜合因素有關。建立理想的AD模型對研究其病因、病理及治療藥物的篩選至關重要,但目前仍缺乏理想的模型。轉基因動物模型雖可出現AD特有的病理改變,但能否采用轉基因技術建立可靠的符合臨床的模型還有較大爭議。
1.大鼠側腦室注入選擇性膽堿能毒劑模型前腦基底區含有大量膽堿能神經元,前端起自隔區,尾端至丘腦底核,且動物與人較為相似,AD腦內神經元缺失主要位於膽堿能神經元分布區,而且其膽堿能標誌(膽堿乙酰化酶、膽堿酯酶、乙酰膽堿合成)也顯著減少。神經生理研究證實膽堿能係統在學習與記憶中起重要作用,與DD臨床有一定共性,支持AD的膽堿能神經元損害學說。本模型的基本原理為側腦室注射選擇性膽堿能神經毒劑AF64A(ethylcholine mustard aziridiniumion)損傷大鼠前腦基底膽堿能神經元,製備AD模型。方法是緩慢從一側腦室注入2.5μl新鮮配製的7.5或1.5nmol AF64A(全腦共約15或30nmol),注入速度約為0.5μl/min,留針2~5min後拔管,骨蠟封閉顱骨孔後縫合切口。該法可致動物的認知功能障礙,但同時對動物運動功能有較明顯影響,缺乏AD的特征性病理改變。